74. Проектирование структуры реляционной базы данных. Метод er-диаграмм (сущность-связь).

Основные подходы к проектированию БД. Понятия сущности, атрибута сущности, ключа сущности. Особенности проектирования структуры базы данных методом сущность-связь. Степень связи между сущностями. Класс принадлежности сущности: обязательный и необязательный. Применение диаграмм ER-экземпляров и ER-типа. Правила формирования отношений для различных степеней связи и классов принадлежности.

При проектировании БД можно выделить три основных подхода:

1. Сбор информации об объектах решаемой задачи в рамках одной таблицы (отношения) и последующее преобразование ее в несколько связанных таблиц на основе процедуры нормализации отношений.

2. Формулирование знаний о системе (определение типов исходных данных и их взаимосвязей) и требований к обработке данных, получение с помощью CASE-системы (системы автоматизации проектирования и разработки БД) готовой схемы БД или готовой прикладной ИС.

3. Структурирование информации для использования в ИС в процессе проведения системного анализа на основе совокупности правил и рекомендаций.

Реляционная модельданных предложена сотрудником фирмыIBMЭдгаром Коддом и основывается на понятии отношение (relation).

Реляционная модель данных некоторой предметной области представляет собой набор отношений, изменяющихся во времени. Все атрибуты отношения являются простыми (имеют единственное значение, на пересечении каждого столбца и каждой строки находятся только элементарные значения атрибутов).

Отношениепредставляет собой множество элементов, называемых кортежами.Отношение (relation)соответствует таблице.Кортеж (tuple) соответствует строке этой таблицы (записи), аатрибут– столбцу (полю). Количество кортежей называюткардинальным числом, а количество атрибутов –степенью.

Сущность (entity) – объект любой природы, данные о котором хранятся в БД.

Атрибут (attribute) – свойство, характеризующее сущность. В структуре таблицы каждый атрибут именуется и ему соответствует заголовок некоторого столбца таблицы.

Схема отношения (заголовок отношения, scheme of relation)представляет собой список имен атрибутов.

Первичный ключ (primary key)– уникальный идентификатор для таблицы, т.е. столбец или такая комбинация столбцов, что в любой момент времени не существует двух строк, содержащих одинаковое значение в этом столбце или комбинации столбцов.

Внешний ключ (вторичный ключ, external/foreign/secondary key) отношения R1 - неключевой атрибутA, значения которого являются значениями ключевого атрибутаBдругого отношенияR2.

Метод сущность-связь или метод ER-диаграмм (Essence (сущность), Relation (связь)).

Связь двух или более сущностей– предполагает зависимость между атрибутами этих сущностей. Название связи обычно представляется глаголом.

С целью повышения наглядности и удобства проектирования для представления сущностей, экземпляров сущностей и связей между ними используются графические средства: диаграммы ER-экземпляров и диаграммы ER-типа (ER-диаграммы).

Пример 1. Диаграмма ER-экземпляров.

Преподаватель	Ведет	Дисциплина
Иванов		БД
Петров		Алгебра
Сидоров		Геометрия

Диаграмма ER-экземпляров показывает, какую конкретно дисциплину ведет каждый из преподавателей.

Диаграмма ER-типа.

Степень связиявляется характеристикой связи между сущностями, которая может быть типа: 1:1, 1:М, М:1, М:М.

Класс принадлежности (КП) сущности может быть: обязательным и необязательным.

КП является обязательным, если все экземпляры этой сущности обязательно участвуют в рассматриваемой связи, в противном случае класс принадлежности сущности является необязательным.

Варьируя КП для каждого из типов связи, можно получить несколько вариантов диаграмм ER-типа.

Формирование отношений для связи 1:1.

П

С2

1

1

равило 1.Если степень бинарной связи 1:1 и класс принадлежности обеих сущностей обязательный, то формируется одно отношение. Первичным ключом этого отношения может быть ключ любой из сущностей.

Кл1, …

С1

Кл2, …

R1

Кл1 v Кл2

Правило 2.Если степень связи 1:1 и класс принадлежности одной сущности обязательный, а второй необязательный, то под каждую из сущностей формируется по отношению с первичными ключами, являющимися ключами соответствующих сущностей. Далее к отношению, сущность которого имеет обязательный КП, добавляется в качестве атрибута ключ сущности с необязательным КП.

Правило 3.Связь типа 1:1 вариант Н-Н. Если степень бинарной связи 1:1 и класс принадлежности обеих сущностей обязательный, то необходимо использовать три отношения. Два отношения соответствуют связываемым сущностям, ключи которых являются первичными в этих отношениях. Третье отношение является связным между первыми двумя, поэтому его ключ объединяет ключевые атрибуты связываемых отношений.

Формирование отношений для связи 1:М.

Если две сущности С1 и С2 связаны как 1:М, сущность С1 называют односвязной, а сущность С2 – многосвязной (М-связной). Определяющим фактором при формировании отношений, связанных этим видом связи, является класс принадлежности М-связной сущности. Если КП М-связной сущности обязательный, то в результате получим два отношения, если необязательный – три отношения. КП односвязной сущности не влияет на результат.

Правило 4. Если степень бинарной связи 1:М (или М:1) и КП М-связной сущности обязательный, то достаточно формирование двух отношений (по одному на каждую сущность). При этом первичными ключами этих отношений являются ключи соответствующих сущностей. Кроме того, ключ 1-связной сущности добавляется как атрибут (внешний ключ) в отношение, соответствующее М-связной сущности.

Правило 5. Связь 1:М (М:1) и КП М-связной сущности является необязательным, то необходимо формирование трех отношений. Два отношения соответствуют связываемым сущностям, ключи которых являются первичными в этих отношениях. Третье отношение является связным между первыми двумя (его ключ объединяет ключевые атрибуты связываемых отношений).

Правило 6. При наличии связи М:М между двумя сущностями необходимо формирование трех отношений независимо от КП. Два отношения соответствуют связываемым сущностям, ключи которых являются первичными в этих отношениях. Третье отношение является связным между первыми двумя (его ключ объединяет ключевые атрибуты связываемых отношений).